遗传学研究范文
时间：2023-11-16 17:28:48
导语：如何才能写好一篇遗传学研究，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
遗传学是一门年轻的学科又是一门发展十分迅速的学科，是以基因为中心研究生物的遗传、变异和进化规律的科学，是生命科学研究领域内十分活跃的带头学科。
目前，它的分支几乎已经扩展到了生物学的每一个领域，成为生物科学的中心了。遗传学是生物科学的核心，这提供了一个框架，使生命的多样性及其过程在其中被理解为一个理性的统一体。其研究方向具有综合性、交叉性、前沿性和适应性，我国科研和经济建设对遗传学专业人才的要求越来越大。主要到高等医学院校和医学科研机构等部门从事遗传学相关学科的教学、科学研究及其与临床相结合的医学实验研究工作。
就业方向：
篇2
关键词：生物教学；遗传学；教学法
遗传学是一门探究生物遗传和变异规律的学科，是高等师范院校生命科学专业基础学科之一[1]。随着生命科学研究领域不断深入，遗传学的教学内容也在不断更新，知识点难度加大，信息量显著增加，这些使得学生在学习该门课程时，困难也成倍增加[2-4]，如何解决这一问题是遗传学教学工作者当前研究的重要课题[5-8]。
1阅读专业论文，巩固课本知识
随着遗传学学科迅猛发展，遗传学领域的新研究、新技术和新成果层出不穷。为了更好地了解本学科最前沿的研究方法、操作技术和试验成果，这就需要学生在学习课本知识之余，广泛查阅本学科最新研究报告和学术论文。论文的形式可以多种多样，或是较长篇幅的学术论文，或是短小精悍的科学简报。可以选择本学科相关专业领域内具有影响力的学术期刊论文。学生文献阅读环节可以与理论课堂教学过程穿行，即每讲完一个完整的专题之后开展相关文献阅读课。如在讲授完“基因工程和基因组学”这一章时，可以开展一系列关于重组DNA分子的构建、功能基因的定位与克隆、基因组测序等文献的阅读。通过阅读学术论文，学生不但能够更加深刻地理解书本上的理论知识、专业术语和最新研究成果，而且对双语的训练也有很好的作用。还可以帮助学生了解课题的开展流程和模式，以便后期更好地完成毕业设计。在文献阅读所有课程结束后，教师必须开展调查问卷，其主要目的是掌握学生在文献阅读环节中遇到的困难是什么、怎么解决的、有何收获等，以及对文献阅读环节的意见和建议，以便教师总结教学经验，达到教学相长的最终目标。
2借助科教视频，培养学习兴趣
多媒体教学一般主要以PPT形式授课，其最大的优点是信息量大，枯燥的知识点可以以各种生动形象的图片形式呈现出来，便于教师讲解和学生理解，有利于提高教学质量，受到高校教师和大学生的普遍认可。然而，这仅仅是多媒体教学的一种形式。另外还有一种更为生动的教学方式——视频教学，这是一种更为灵活的授课方式。视频教学具有趣味性、艺术性和知识性，能够较为生动地向学生传递知识信息和开发学生创新思维。科教视频不但能够将生硬的书本知识变得有趣、活泼，而且可以将语言文字无法表达的原理、规律和微观抽象的知识等非常形象地展示在学生面前。如“细胞减数分裂”、“蛋白质翻译”、“人类基因组计划”等章节，利用视频资料，可以将该过程非常生动、有趣地展示出来。短短的几分钟视频能够超过教师的千言万语。相比于丰富的科教视频资料的理工科类课程教学中由于视频素材匮乏，且单一，利用科教片辅助教学的研究也比较少。目前，科普视频主要有英国广播公司和美国探索频道拍摄的大量生物领域纪录片，还有一些网络上简短的视频资料。这一课题还需进一步挖掘。
3鼓励学生备课，锻炼综合能力
遗传学教学内容丰富，知识点有难有易，如“染色体变异”、“基因表达与调控”、“数量性状遗传”等章节是教学难点，需要教师精讲。也有部分章节教学内容较简单，容易掌握，如“孟德尔豌豆杂交试验”，即“分离规律”和“独立分配规律”，该章节为经典遗传学内容，也是遗传学课程的教学重点，但并不是教学难点，可以尝试让学生来备课并讲解这部分内容。教师可以先给同学列好提纲，布置学生按照提纲准备课件内容。学生上完课后，老师再进行讲解和点评，包括对学生课件的连贯性、外延知识的拓展，甚至是教态（师范生课堂教学是培养方案中重要环节）等方面进行评价。教师点评时，要注意保护学生的积极性，以表扬为主。若有些知识点学生没有讲解清楚，教师可以补充讲解。这种教学模式不但可以让学生吃透课本，掌握学习重点，还能充分锻炼学生总结归纳、语言表达及临场发挥和应变能力。
4自主选择实验，注重学生实践
遗传学不但是一门理论逻辑性很强的学科，还是一门实践性很强的学科。新的高等教育发展规划纲要指出，高校不但要培养出具有知识性、学历型这种单一人才，还要培养出具有创造性和应用型的综合素质人才。而理科实践课程动手能力的培养是综合型人才不可或缺的环节。如何让学生在掌握理论知识的同时，又培养其实际操作和动手能力，是摆在遗传学实验教学工作者面前的重要课题。目前，大部分高校已经完成对实验课程进行的模块型改革，即实验教学内容包括基础性实验、综合性实验和设计性实验3个模块。实验项目往往是老师限定的，不论学生是否感兴趣。有的教师甚至把实验材料都准备齐全，学生只要进行简单的观察和记录数据即可。这种实验教学模式，没有挑战性，全班只设定一个实验课题，往往造成学生的实验报告都是抄袭的，达不到既定的教学目标。自主选择，就是让学生在大纲范围内，自行分组，自选课题，如基础性实验中，学生可以选择自己感兴趣的课题，“植物有丝分裂观察”或“减数分裂”或植物花粉母细胞染色体制片技术或果蝇的观察、性别鉴定与培养方法等多项课题，不同的实验项目可以根据完成的难易程度设置不同的学分，学生只需完成教师规定的实验学分即可。学生或选择一项或选择两项实验课题进行，教师不必帮助学生设计实验过程，但要辅助学生完成实验材料和药品的收集。整个实验过程只有学生参与，教师只从旁协助。综合性实验和设计性实验也同样设计。这种创新的实验教学模式，遵从以人为本、以生为本，不但可以激发学生学习积极性，还能让学习变被动为主动，将课本知识直观地应用于实践，提高创新能力。
5结束语
遗传学是生命科学本科专业必修课程，因教学内容冗繁，教学课时有限，导致学生学习过程中困难重重。我们在传统教学模式的基础上，结合现代教学手段和教学方法，借助阅读文献、多媒体教学、科教片、视频资料、自主选题等形式，形成了一套较为完善的遗传学课程教学模式，效果显著，亦可应用于生命科学其他课程的教学。该方法对于培养学生自主学习、提高学习效果、锻炼综合能力具有重要意义。
参考文献：
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篇3
一般意义上的遗传学指基于DNA序列改变导致基因表达水平的变化,如基因突变、基因杂合丢失和微星不稳定等,表观遗传学指非DNA序列改变,是细胞内除了遗传信息以外的其它可遗传物质发生的改变。表观遗传学研究主要包括染色体重塑、组蛋白修饰,DNA甲基化,非编码RNA调控等。
真核细胞的特征是有细胞核,细胞核包含了真核生物几乎所有的遗传物质。真核生物基因组DNA储存在细胞核内的染色质中,核小体( nucleosome) 是构成真核生物染色体的基本结构单位。各核小体串联而成染色质纤维,核小体DNA长度约为165个碱基对,其中缠结在组蛋白八聚体周围的核心DNA( core DNA) 约1. 65圈,约合147个碱基对,而相邻的核小体之间的自由区域( linber DNA) 为20 - 50个碱基的长度,也就是基因组的75% ~ 90% 被核小体所占据。组蛋白八聚体由H2A、H2B、H3和H4各2个拷贝组成,每个核心组蛋白都有两个结构域: 组蛋白的球形折叠区和氨基末端结构像一条尾巴( tail) 位于核小体的球形结构以外,可同其它调节蛋白和DNA发生相互作用,染色体的高级结构和基因的转录调控都与组蛋白密切相关。核小体组蛋白的尾巴可以发挥信号位点的作用。
上面已谈到表观遗传学是指非DNA序列改变,而是改变染色质结构导致基因表达水平的变化。那么,染色质结构改变如何导致基因转录和表达水平改变的呢?
其一,在细胞里,DNA-染色质的形式存在,核小体是染色质的基本结构单位,75% ~ 90% 的基因组存在其中,核心组蛋白的尾巴的各种位点通过多种转移酶的作用,发生共价修饰,组蛋白通过电荷相互作用( 组蛋白尾巴带正电荷,DNA带负电荷) 如组蛋白乙酰化修饰可以通过电荷中和方式削弱组蛋白-DNA或核小体 - 核小体的相互作用,或引起构象的变化,破坏核小体结构,使DNA接近转导机构,激活转录。
其二,为保证染色质的DNA与蛋白质的动态结合,细胞内产生了一系列特定的染色体重塑复合物,也称重塑子,它们利用水解ATP的能量通过滑动、重建、移除核小体等方式改变组蛋白与DNA结合状态,使蛋白质易于接近目标DNA。依据重塑子包含的ATP酶中催化亚基结构域的不同,把重塑子分为SWI/SNF、ISWI、CHD、IN080四大家族。组蛋白修饰后如乙酰化的组蛋白可以募集转录复合物进入到一个基因位点,影响转录。
2 认知过程中的表观遗传学机制
通过新信息或经验获得的记忆可保持数月、数年,甚至终生,而长时间保持存活的蛋白质或mRNA的半衰期只有24 h,显然,二者之间存在很大的矛盾,那么记忆的物质基础到底是什么? 1984年,Crick提出了一个假设,即记忆编码在染色体的DNA上,虽然当时他并不是十分确信,但现已澄清,染色体是信息的携带者,而且可以代代传下去,染色体结构或化学上的改变与认知功能的关系可作如下的理解: 表观遗传学的改变是对来到大脑的信息、应激和神经元活性改变做出结构上的适应,最终将信息带至并激活特异性基因表达程序。目前研究证明,在脑的一些区域发生的表观遗传学改变如组蛋白的乙酰化、甲基化、磷酸化可以稳定地改变动物的行为,包括学习、记忆、抑郁、药物依赖、突触可塑性等等,为长记忆的形成、巩固和突触可塑性的形成、维持提供解释[5,6,7,8]。
阅读近十几年发表的有关表观遗传学文章后,解决了长期以来认知过程中令人费解的一些问题,本文着重介绍在脑的不同区域( 主要是海马和脑皮层) 组蛋白修饰和DNA甲基化在认知过程中的作用及其可能的机制。
2. 1组蛋白乙酰化[9,10,11]一系列表观遗传学改变都能影响记忆过程,其中组蛋白乙酰化,具有明确、显著地促进记忆的形成和巩固。组 蛋白乙酰 化是通过 组蛋白乙 酰化酶( HATs) 催化完成的。HATs将带正电荷的乙酰基转移到组蛋白N末端尾区内赖氨酸侧链的-氨基。组蛋白乙酰化酶被分成3个主要家族: GNAT超家族,MYST家族和P300 /CBP家族。将乙酰基从组蛋白移走,由组蛋白去乙酰化酶( HDACs) 催化完成,HDACs被分成4类: Ⅰ类,锌依赖型HDACs,Ⅱ类和Ⅳ类HDACs,Ⅲ类NAD依赖性HDACs。在哺乳动物中,海马在记忆形成中起重要作用。许多学者以海马区域作为研究对象,研究了组蛋白乙酰化对条件性恐惧中的背景记忆( contextual memory) 和空间记忆的影响。研究证明组蛋白乙酰化或抑制HDACs活性都能增强条件性恐惧中的背景记忆和Morris水迷宫中的空间记忆以及增加突触可塑性( synaptic plasticity) 。应当指出的是,脑中组蛋白乙酰化不是独立于其它组蛋白修饰而存在,而是在组蛋白乙酰化的同时,也往往存在组蛋白磷酸化、甲基化。组蛋白乙酰化削弱了组蛋白与DNA之间的静电亲和力,从而促进染色体结构接近转录基因机构,引起基因持续性改变,增加神经元活动,乙酰化修 饰后的组 蛋白也可 以募集其 它相关因子[10,11,12,13],如转录复合物,进入到基因位点,影响转录。
2. 2 组蛋白乙酰化的调节机制[14,15,16]
2. 2. 1神经元活性与组蛋白乙酰化组蛋白乙酰化可由许多类型的神经元活性所调节,例如,KCl介导的神经元去极化引起海马培养中的核心组蛋白H2B乙酰化的增加,再如,特异性受体激动剂可兴奋多巴胺能、乙酰胆碱能、谷氨酸能途径,增加小鼠海马H3K14和H3S10的乙酰化,在所有这些情况下,组蛋白乙酰化都伴有细胞外调节激酶ERK( MAPK家族中的一员) 的激活,直接激活MAPK-ERK信号途径可增加组蛋白乙酰化,而MAPK-ERK抑制剂则可阻断组蛋白乙酰化[16,17,18],这些研究表明,神经元活性引起组蛋白乙酰化是通过MAPK依赖性途径的激活,而且也可能是通过H3S10磷酸化之间的对话。后者常与在蛋白乙酰化同时存在,从染色体脱离的HPAC2引起的神经活性,也能改变组蛋白的乙酰化,用BDNF刺激皮层神经元,能引起HDAC2在胞嘧啶262和274位的硝基化及随后组蛋白的高乙酰化及随后组蛋白的乙酰化,并伴有神经营养因子依赖性基因表达的增强。已知MECP2可增加BDNF的表达,但被HDAC2负面调节。因此,神经活性参与了以HDAC2和BDNF为中心的正性反馈,该系统导致组蛋白乙酰化和基因自身的持续表达。
2. 2. 2突触可塑性与组蛋白乙酰化长时程突触可塑性涉及突触维持和交流有关基因表达的改变,已有充分材料证明,组蛋白乙酰化促进这一改变,例如在海兔( Aplysia) 组蛋白乙酰化能诱导长期易化 ( LTF) 并伴有CREB结合蛋白CBP的增加[19],类似的改变也在突触素( synapsin) 的启动子区域观察到,突触素与LTF和LTD均有关。不过,伴有CREB乙酰化的减少,正常情况下,诱导LTF需施加强电刺激,但如果提前给予RNA干扰( RNAi) ,弱的电刺激也能诱导LTF。这一发现提示,组蛋白乙酰化程度与突触可塑性程度密切相关,HDAC1能增加天然存在的突触传递过程,在哺乳动物的LTP也与组蛋白乙酰化水平有关。LTP诱导可平行出现H3和H4组蛋白乙酰化的增加,从研究中还明显看出LTP促进乙酰化,改变特异地存在于与突触传递有关基因如Reelin和BDNF启动子区域,这一结果与前述看法一致,即在组蛋白乙酰化过程中存在一个基因自身持续性改变的正性反馈系统。此外,有关HATCBP的研究表明,增加组蛋白乙酰化能促进LTP,部分或完全缺失CBP功能的小鼠出现组蛋白乙酰化水平的下降和LTP形成受阻。不过,不依赖转录的早期LTP不受影响。
2. 2. 3记忆形成与组蛋白乙酰化[20,21]在低等生物和哺乳动物进行的研究证明,不管哪种记忆类型或哪种记忆时相( 记忆获得,巩固和再现) 都能对组蛋白乙酰化进行调节,例如背景性和线索性恐惧记忆( fear memory contextual and fearmemory cued) 都能增加H3乙酰化,小鼠眨眼条件反射( eyeblink conditioning) 和大鼠潜伏抑制 ( latent inhibition) 能分别增加组蛋白H3和H4乙酰化,大小鼠物体识别记忆( Objectrecognition memory) 伴有H3和H4乙酰化的增加,此外优先食物转换( social transmission of food preference) 和食物厌恶记忆( food aversion memory) 等均能增加H3乙酰化,空间记忆( spatial memory) 伴有H2B,H3和H4乙酰化。
从上述组蛋白乙酰化研究的论述可得出以下几点结论:
( 1) 组蛋白乙酰化,不是脱离开其它组蛋白修饰而独立存在,即在发生组蛋白乙酰化的同时,也有组蛋白磷酸化、甲基化等的发生,其它表观遗传学改变对组蛋白乙酰化起了协同作用。
( 2) 神经元活性可调节组蛋白乙酰化,神经元活性的启动需要MAPK-ERK信号途径的激活。
长记忆和突触长时程增强均涉及许多基因的转导和表达,最常见和最重要的基因包括即早基因Zif/268,Creb,Bdnf和Reelin等。
( 3) 许多种类的神经活性存在一个以BDNF和HDAC2为中心的正性反馈系统,该系统可导致组蛋白乙酰化和基因自身持续表达程序。
( 4) 在多种生物体和细胞研究中观察到各种不同类型的记忆模式和不同记忆时相都能引起组蛋白乙酰化,进而促进记忆和有关基因的转录和表达。
( 5) 组蛋白乙酰化能引起长记忆的形成和巩固,但对无须转录的短记忆和早期LTP没有影响。
2. 3神经元活性是如何引起组蛋白乙酰化,它的作用机制是什么?[11]途径之一,神经元活性包括LTP和学习激活G蛋白偶联受体( GPCRs) ,然后依次激活腺苷环化酶( AC) 产生c AMP,后者激活PKA,PKA磷酸化MEK( MAPK家族中的一员) ,MAPK的家族成员能直接磷酸化组蛋白,随后启动组蛋白乙酰化。
途径之二,神经元活性可通过钙内流引起膜去极化,然后激活CAMKⅡ,后者磷酸 化甲基-CPG结合蛋白2( MECP2) ,使MECP2从染色体脱离出来,Calmodulin刺激BDNF启动子区域的基因转导。BDNF激活一氧化氮合酶导致组蛋白乙酰化酶2( HDAC2) 的硝基化,在硝基化作用下,HDAC2从染色体中脱离出来并强化硝基化,结果引起BDNF表达并参与正性反馈系统,进而促进记忆 - 持续性基因表达的改变( 见Fig 1) 。
其他一些学者的研究工作指出: 激动NMDA受体,抑制磷酸二酯酶( PDE) ,增加细胞内钙等多种途径均可激活PKA,PKA则可直接激活CBP,如前所述。含有乙酰转移酶活性的CBP与CREB结合,是提高突触可塑性形成长记忆的必备条件; NO启动组蛋白影响记忆的机制有二,一是激活N0-cG MP-Ca MKII-CREB磷酸化的信号转导途径; 二是NO依赖性的HDAC的5-硝基化,可增加组蛋白乙酰化,而NO供体与5-硝基谷胱甘肽,可抑制HDAC活性,因而,也能增加组蛋白乙酰化。此外,神经元活动或突触活动引起胞外钙内流入神经细胞内,使Me CP2的S421磷酸化,S80去磷酸化,后者从染色质分离出来,发挥对神经可塑性和记忆的调控作用。
2. 4 RNA干扰 ( RNA interference,RNAi)指内源性或外源性双链RNA( dsRAN) 介导细胞内mRNA发生特异性降解,导致靶基因表达沉默,产生相应功能表型缺失,RNA干扰下的基因沉默是表观遗传学的重要内容,人工合成的小RNA( SiRNA) 包括miRNA和SiRNA。小RNA序列较短,能指导Argonaute蛋白识别的靶分子并导致基因沉默。
已证明,组蛋白去乙酰化酶HDAC阻遏学习记忆,并在细胞内有广泛分布,人工合成HDACi显然有重要的治疗价值,HDAC2的结构很接近HPAC1,尽管如此,科学家们还是合成许多类型的HDACi,上述各种类型学习记忆和突触可塑性模型证明使用HDAC2i可促进记忆,增强LTP,阻遏记忆下降。
3 组蛋白和 DNA 甲基化[20,21]
甲基化可发生在组蛋白,也可发生DNA上。尽管这二种甲基化产生的方式、调节机制和涉及的酶与蛋白等有所区别,但二者甲基化的结果是一致的,即他们都能激活基因的转录与表达,从而促进长记忆的形成和提高突触可塑性。这点学术界的看法一致,没有任何异议。下面将重点介绍组蛋白和DNA甲基化是如何形成,又如何影响基因转录及长记忆和突触可塑性的?
真核细胞中,甲基化只发生在胞嘧啶第五位碳原子上,是由甲基转移酶所催化,以S-腺苷甲硫氨酸( S-adnosylmethionine,SAM) 作为甲基供体,将甲基转移到胞嘧啶上,DNA甲基化主要发生在Cp G双核苷酸序列的胞嘧啶上,哺乳动物异染色质的DNA约有80% 的CPG被甲基化,根据作用方式和反应酶不同,DNA甲基化分为两种: 维持甲基化( maintenance methylation) 和从头甲基化 ( de novo methylation) ,前者与DNA复制相关联。当甲基化的双链DNA被复制生成两条的新的双链DNA后,只有亲代链是甲基化的,甲基转移酶是DNMT1,后者则是DNA上甲基化状态的重新构建,它不依据DNA复制在完全非甲基化的DNA碱基位点上引入甲基,是甲基化的建立机制。甲基转移酶依赖于DNMT3a和DNMT3b的活性。
对基因转录的影响: 目前研究发现,组蛋白精氨酸甲基化常伴随转录的激活,赖氨酸残基上的甲基化则因赖氨酸所在的位置不同而有差别,赖氨酸甲基化发生在组蛋白H3的第4,第9,第27,第36,第79( K4,K9,K27,K36,K79) 位及H4K20位上,其中,在酵母和哺乳动物细胞中H3K4和H336位点被甲基化可以激活转录,而H3K9 K27 K79和H420的赖氨酸甲基化则可抑制转录。
DNA甲基化对基因表达的调节主要表现为抑制转录活性,一种可能的机制是由于DNA甲基化直接抑制了转录因子的结合,不能形成转录复合体,从而也就抑制了基因转录活性[16,18,20]。
对记忆的调节作用: Swati Gupta及其同事[21]研究了组蛋白甲基化对成年动物海马部位记忆形成的影响,他们的研究得出如下主要结果: 恐惧记忆能触发海马CA1区H3K4三甲基化( 转录激活标志) 和H3K9二甲基化( 转录抑制标志)的变化; H3K4特异的甲基化转移酶MⅡ缺失的小鼠出现长记忆形成障碍; 改变组蛋白甲基化与去乙酰化酶( HDAC) 抑制相偶联; H3K4三甲基化明显增加两种基因 ( Zif/268和Bdnf) 的启动子,这一事件出现在记忆巩固期间,已知这两种基因在记忆形成和神经可塑性中起重要作用。这些发现支持组蛋白甲基化在长记忆巩固中扮演重要作用,其他许多学者也都证明DNA甲基化与记忆形成和储存有关,如甲基化CpG结合蛋白1( methyl-Cp G-binding protein1) 基因缺失出现空间记忆能力丧失,甲基化CpG结合蛋白2 ( methyl-Cp Gbinding protein 2) 基因缺失的突变小鼠出现恐惧记忆、空间记忆和物体识别记忆的障碍。
海马DNA甲基化,对记忆形成起重要作用,但海马的改变是短暂的,训练后1 d之内便恢复到基础水平,长记忆以及记忆的巩固和储存依赖于脑的不同区域,据信长记忆的形成和巩固主要依赖于背侧前额叶前扣带皮层( dm DFC) ,为此探讨皮层组蛋白甲基化是否能促进长记忆的形成和巩固十分必要。Miller等采用背景性恐惧记忆试验探查皮层DNA甲基化对长记忆的影响,报道认为大鼠恐惧条件化环境中的背景记忆可维持数月,在这期间,近期( recent) 记忆会转变成远期( remote) 记忆,也即记忆从海马( HPC) 转变成依赖于dmP FC的记忆。首先,采用Me DIP即甲基化DNA免疫沉淀法测定皮层三种基因Zif/268,reln和Ca N的甲基化水平。动物试验则观察训练后7 d的背景记忆,将动物分为背景组( C) 、休克组( S) 和背景加休克组( CS) 。结果表明,在所有组和所有测定时间点,即早基因Zif/268均为去甲基化,说明环境刺激能广泛地改变dm PFC Zif/268的甲基化状态,相反的,一个记忆正性调节基因Reln仅在受训练的动物即CS组动物训练后1 h内出现高甲基化,随后即回归对照水平,训练后短时间内Ca N( 一种记忆抑制基因) 的甲基化无改变,但在训练后1 d,这一基因出现持久的甲基化,随后用BSP描绘训练后7 d Ca B甲基化的改变,发现仅CS组动物有显著的Ca N甲基化。为了解皮层DNA甲基化是否能反映联合学习,动物在训练前注射NMDA受体拮抗剂MK-801,证明MK-801干扰了训练后7 d动物恐惧记忆的获得( acquisition) ,也阻断了训练后2 d dmP FC Ca N和Reln的高甲基化,但不影响Zif/268的甲基化,进一步支持Ca N和Reln高甲基化是一种对联合性环境信号的特异性反应。Frankland等前期研究观察了训练后不同时间对ACC( anterior cingulate) 恐惧记忆再现( retrieval) 的干扰。结果证明ACC在18 ~ 36 d( 近期记忆) 经干扰失去记忆再现,但不是训练后1 d或3 d( 近期记忆) ,从这一结果估计记忆的巩固出现在训练后3 ~18 d,研究还证明皮层DNA甲基化可能在训练后1周内出现,该时段也是皮层留下记忆痕迹的时间,随后的实验证明训练后立即向背侧HPC( CA1) 注射NMDA受体选择性抑制剂AVP,证明APV不但能干扰学习,也能阻止训练后7 ddmP FC Ca N和Reln甲基化,表明一次性海马 - 依赖性学习经验就足以驱动皮层长时间、基因特异性甲基化改变,为了进一步探讨皮层DNA甲基化是否伴随长记忆的形成,观察了训练后30 d的皮层甲基化及记忆巩固的情况,结果证明在CS动物皮层的Ca N甲基化仍十分明显,而且与长记忆的出现和维持的时间段相吻合,此外还观察到在HPC有快速甲基化,而在dm PFC有持久的甲基化,以上研究阐明了以下几个问题: 第一,海马HPC可启动学习记忆,产出过渡性短记忆,第二,长记忆的形成和巩固依赖于dm PFC,第三,海马和皮层记忆的形成均缘于海马和皮层DNA的甲基化,或甲基化与其它组蛋白修饰的协同作用,第四,重要的记忆相关基因和受体包括Zif/268,Reln,Bdnf和NMDA受体。组蛋白甲基化是如何调整认知过程,它的生物学机制是什么?Day和Sweatt提出了阐明组蛋白甲基化是表观遗传学标志的假说[20],如在细胞内转变成功能性后果,出现三种可能性: 第一、DNA甲基化驱使神经细胞的反应状态发生了改变,即它允许、容纳其它机制参与进来产生协同效应和维持更加长远的改变; 第二、甲基化事件积极参与和改变基因的读出,促进记忆的进行,例如增加突触强度和突触可塑性; 第三、表观遗传学机制帮助神经细胞无增殖( aplastic) ,在神经元无增殖的情况下可以以稳定突触数量( synaptic weight) 的分布,后者是稳定记忆的必需条件,这一假设强调了突触可塑性在记忆过程中的重要性,事实上,国际上近年的研究表明老年痴呆认知功能的衰减与老年斑、A脑内沉积及神经纤维缠结无明显相关,由于突触在信息传递、信息加工中的重要作用,许多学者都支持突触功能降低( 包括突触效能下降和突触丢失) 是造成认知功能障碍乃至老年痴呆的主要原因,当前治疗老年痴呆和各种认知障碍的治疗方向都在寻找加强突触效能,防止突触丢失、增加突触新生的新药。
3. 1组蛋白磷酸化[25,26,27]组蛋白磷酸化修饰跟乙酰化和甲基化修饰一样具有调节认知功能的作用,这一修饰发生在组蛋白的H3、S1和S10丝氨酸残基上,由一组蛋白激酶包括丝裂原和应激激酶( MSKI) 和Aurora激酶家族催化完成。组蛋白磷酸化可被蛋白磷酸酶PP1和PP2a所逆转,这两种脱磷酸化酶又可被其它分子级联包括多巴胺和c AMP调节的磷酸蛋白32( DARPP32) 所抑制。最具特色的磷酸化标志存在于H3第10位( H3K10) 丝氨酸上,这一修饰招募了含有HAT活性的GCN5,因而能增加邻近组蛋白赖氨酸残基K9和K14的乙酰化,这解释了为什么组蛋白乙酰化和磷酸化常常同时存在。另外,H3S10磷酸化通过改变DNA和组蛋白尾部间的交互作用增加转录因子的结合。
许多研究工作已揭示组蛋白的磷酸化具有调节记忆形成的作用,编码RSK2的基因突变能产生低咖啡摄入综合症( coffin-lowry) ,有精神迟缓、精神异常等表现。在动物模型上的研究,背景性恐惧条件反射形成后,H3S10磷酸化和H3S10 / K14磷酸乙酰化迅速增加,但ERK抑制后可阻断其增加。同样的,缺失MSKI的小鼠出现恐惧记忆和空间记忆障碍,这一缺陷却不因给予HDAC抑制剂所逆转,提示组蛋白磷酸化途径与组蛋白乙酰化并行而不是位于乙酰化的下游,与此相协调的是,组蛋白磷酸化酶PPI受抑制,能改善长时程物体识别记忆和空间记忆而不影响短记忆,从这些发现推测: 通过抑制PPI来增加组蛋白磷酸化对治疗学习记忆障碍可能是一个有明显特色甚至是互补的治疗策略。
除学习记忆外,H3S10磷酸化也与药物成瘾行为学反应有关联。可卡因可引起纹状体H3S10磷酸化的增加,敲除MSKI的小鼠出现对服用可卡因行为反应的障碍。核内积累的DARPP-32能影响对可卡因和蔗糖奖励的行为反应。组蛋白磷酸化也已被证实是抗精神病和抗巴金森氏症下游的一个重要靶标,针对表观遗传学这一组蛋白磷酸化修饰设计和开发有治疗潜能的化合物是很有意义的。一项有意义的研究指出,MSKI主要存在于神经元和纹状体、杏仁核、海马等脑区,MSKI这一选择性分布是治疗干扰药物成瘾的一个很好的候选者。
哺乳动物细胞Aurora激酶家族成员的结构和功能在进化上保守,根据该家族成员在细胞内的定位可分为3种: Aurora-A,Aurora-B和Aurora-C。Aurora-B是有丝分裂中组蛋白H3的第四位丝氨酸磷酸化所必需的激酶。组蛋白H3磷酸化主要由Aurora-B激酶控制,除MSK和Aurora外,IB激酶( nuclear,IKK) 复合物中的异构体( IKK) 也可以调控海马区域组蛋白的磷酸化修饰,IKK是核因子B的一种去抑制调控子,抑制IKK可以阻止背景性环境下长期记忆的再巩固( reconsolidation)[24]。
组蛋白磷酸化促进长记忆形成和巩固的机制主要是磷酸基因携带的负电荷中和了组蛋白上的正电荷,造成组蛋白与DNA亲和力的下降,使DNA容易接近转录机构,激活基因转录,这是长记忆形成所必需的,也解释了为什么组蛋白磷酸化不影响短记忆。
在正常生理和表观遗传学的生化反应中,磷酸化使蛋白质和基因活化,随后的生化和生物学反应才能继续进行,所以在细胞繁殖、分化、细胞存活、DNA复制、转导和重组、细胞凋亡以及信号转导中发挥重要作用。
3. 2 其它组蛋白修饰与认知功能[27,28,29]
组蛋白泛素修饰涉及三类催化酶: 泛素激活酶( ubiquitin activating enzyme,E1 ) ,泛素接合酶 ( ubiquitin conjugatingenzyme,E2) 和泛素连接酶 ( ubiquitin protein ligase,E3 ) 。依赖这三种酶分三步进行泛素化修饰,第一步E1利用ATP形式存在的能量与泛素结合成高能硫酯键,构成泛素 - E1偶联物将泛素激活; 第二步,通过转酯作用将活化的泛素转移到泛素结合酶E2的活性半胱氨酸残基上; 随后,E2将活化的泛素转移至泛素连接酶E3上,形成高能量E3 - 泛素偶联物,最后E3可直接或间接地促使泛素转移到特异靶蛋白上,使泛素的羧基末端与靶蛋白的赖氨酸的-氨基形成肽链或转移到已与靶蛋白相连的泛素形成多聚泛素链,有一个去泛素酶大家族,从赖氨酸残基上移去泛素。
组蛋白泛素化有广泛的细胞功能,最著名的是控制转录的启动和延长,泛素酶/去泛素酶与其它组蛋白修饰,特别是与组蛋白甲基化有牵连,组蛋白泛素化与神经退性病变之间的关联来自亨廷氏病,Huntington与泛素连接酶h PRC12存在交互作用。在多个亨廷氏病动物模型上观察到泛素化的H2A的增加和泛素化的H2B减少,导致组蛋白甲基化模式的改变和基因转录下调,故以泛素连接酶为靶标设计药物对亨廷氏病可能有潜在的治疗价值。
多聚( ADP-核糖) 聚合酶[poly( ADP ribose) polymerases,PARPS]在与记忆行为有关的组蛋白修饰中起一定作用,PARPs可催化ADP核糖单位从NAD+转移到组蛋白靶位点上,不仅可影响染色质的局部结构,还可影响转录因子及染色质重塑复合体的结合,在操作性条件反射和位置回避实验中均证明PARP1可增加长记忆的形成。
3. 3衰老和神经退行性疾病的表观遗传学[27,28,29,30]衰老和年龄相关性神经退行性疾病是一个非常复杂的过程,过去有大量报道衰老与神经退行性疾病没有太多差异,如老年痴呆出现各种病理改变也在衰老过程中出现,但从未从表观遗传学方面去寻找原因,现有的研究揭示,表观遗传学的异常修饰是衰老和神经退行性疾病的主要机制,其主要病理特征表现在两个方面:
其一,组蛋白和基因组DNA甲基化的减少,在衰老和神经退化性疾病中表现突出,如神经细胞和基因组DNA亚甲基化( hypomethylation) 和甲基转移酶( HAT) 活性缺失,在AD患者的病理性神经元和基因组DNA的亚甲基化水平更低。Mastroeni等用免疫组化方法检测了死后AD和非AD( ND) 病人眶内皮层Ⅱ神经元的DNA甲基化和8种甲基化维持因子的免疫反应性,发现ND和AD神经细胞核具有甲基化胞嘧啶免疫反应阳性的神经细胞数分别为91. 7% 1. 3% 和39. 9% 3. 4% ,甲基化胞苷呈阳性的细胞数分别为91. 1% 1. 3% 和51. 8% 6. 1% ,即AD病人的两种甲基化模式比ND病人明显降低,DNMT,MOD2和P662均系甲基化维持因子,在ND病人神经元呈免疫反应阳性,而AD病人神经元免疫呈阴性,此外,RPL26和5. 8 SrRNA也有量的减少。
其二,HDAC2表达增加,研究证明神经退行性改变、衰老和长期应激都能引起HDAC2表达增加,如在神经退行性疾病和衰老时,神经毒性因子如A,氧化应激( H2O2) 和细胞内D25和CDK5激活,糖皮质激素受体( GR) 与临近组蛋白HDAC2启动子区的GR反应元件( CRE) 结合,增加脑内HDAC2水平,HDAC2优先与学习、记忆、神经可塑性有关的基因如BDNF结合,同时降低组蛋白乙酰化和基因的表达,破坏BDNF介导的正性反馈系统,从而降低神经可塑性和记忆的形成与巩固。
篇4
一、pgd的研究进展
1．取材途径：pgd是指在胚胎移入到宫腔之前的诊断。其获取诊断标本的途径主要有：（1）获取或卵子进行诊断，（2）获取植入前的胚胎细胞进行dna或染色体分析。
受精前取配子进行诊断的报道，目前尚不多。这" 种方法关键在于如何完成或卵子的遗传分析，同时又不影响其受精能力。已有报道，用流式细胞仪分离x、y，用于植入前筛选胎儿的性别。而用卵子进行pgd，主要是利用第一极体或第二极体的遗传学分析，间接推断卵子正常与否。现在，可以利用极体的dna进行单基因病的诊断，也可以用核转换技术，将极体由间期激活成中期，再用cgh技术分析其所有的染色体组成，或直接对极体的某些染色体进行fish分析，诊断这些染色体有无数目异常。但是，用极体分析来推断卵子的基因组或其染色体结构和数目，并不能完全反映卵子遗传组成的真实情况，有时也必须同时分析第一极体和第二极体，才能判断卵子的染色体有无异常。
卵裂球活检是现在pgd取材的主要途径。一般选6～10细胞期的卵裂球，此期的细胞具有全能分化的潜能，取出1～2个细胞，不会影响胚胎的发育。
囊胚期活检是pgd诊断的另一潜在途径。这种方法是在体外将受精卵培养到囊胚期，取其滋养外胚层细胞进行遗传分析。因为不影响内细胞团，故不会累及胚胎发育。受培养技术的限制，多数胚胎不能在体外很好地发育到囊胚期。因此，无法获取囊胚期细胞进行pgd。最近，veiga等（1999年）改进了培养方法，在体外培育后，可达到囊胚期的胚胎占39.3%，推测囊胚期活检有望成为一种有效的取材方法。虽然取一定数量的囊胚期细胞不会影响胚胎的正常发育,但内细胞团和滋养外胚层细胞的遗传构成并非完全相同，故用滋养外胚层细胞进行pgd有可能造成误诊。诊断时分别用几个细胞分析比用单个细胞诊断的方法更" 好，可以降低误诊率。
2.基因病诊断: 目前可诊断的单基因病包括地中海贫血，纤维囊性化，脆性x综合征，以及和性连锁遗传病有关的性别诊断等，可诊断的病种数目在不断增加。所用的方法主要是基于pcr技术的dna分析，通过检测单细胞靶基因的数目及结构有无异常加以诊断。常规的pcr技术易受实验条件的影响，故从90年代后期开始，荧光pcr，多重pcr，巢式pcr技术用于pgd诊断的报道逐渐增加，有效地提高了诊断率。
染色体数目异常的诊断有两种途径：用传统的染色体计数及用荧光pcr进行多态位点定量分析。荧光pcr是近年发展起来的新技术，敏感度很高。对多细胞水平的定量分析来说，它是一种稳定可靠的技术，但因选择性扩增的缘故，单细胞的定量分析中有25%的诊断结果不可靠。荧光pcr已用于21三体的植入前诊断。随着荧光pcr定量检测技术的广泛应用，现正在开发一种同步检测技术，以便实时测定荧光pcr的扩增效果,并进一步提高其诊断的可靠性，促进该技术的临床应用。
在基因病诊断以及染色体病诊断的过程中，主要的限制因素之一是，如何获取满足诊断需求的dna。解决的途径主要靠wga。wga目前常用的方法有两种：简并寡核苷酸引物pcr（degenerated oligonucleotide primed pcr, dop-pcr）法及扩增前引物延伸法（primerextension preamplification,pep）。用wga法能够无选择偏见地扩增整个基因组。从理论上讲,任何基因都能从wga的产物中检测出来。同时也可将信息保存起来。目前，wga尚未广泛用于临床，但是对多基因病诊断的要求及cgh技术的发展，势必要求wga技术不断地完善，并推动其临床应用。
3.染色体病的诊断:在植入前遗传学诊断领域，染色体病的诊断占了很大的比例。cgh和间期细胞核转换技术的应用,标志着染色体分析技术可能有了一种通用的程序。然而，fish仍是目前诊断染色体病的主要方法。主要用来诊断非整倍体，特别是13、18、21、x和y染色体的数目异常。用双色、多色探针可以在单细胞水平诊断染色体数目畸变。既可以用不同的探针同步杂交单一细胞核，也可用重复杂交同一细胞核的方法完成诊断。染色体结构异常，例如平衡易位携带者可用其卵裂球或极体进行pgd。罗氏易位的诊断可用商售的探针进行。最常见也最难诊断的是相互易位，需要进行染色体涂抹，同时还要进行着丝粒及近端粒探针杂交以确定染色体断裂位点。由于断裂位点的不可预见性，相互易位很难制备商售的探针。因此，相互易位的诊断耗时、费力，操作也比较困难。
用常规fish仅能分析有限的染色体，对相互易位等复杂畸变不易诊断。因此人们用早熟染色体凝集技术将间期细胞核转换成中期细胞核，然后分析其染色体数目及结构有无异常，以达到诊断目的。verlinsky将极体或卵裂球注入到去核卵子或去核的受精卵中，电刺激使之融合，利用胞质内的因素促使极体或卵裂球转化成分裂状态。这样得到的染色体可用于染色体涂抹，多色fish或光谱核型(sky)分析，因对核转变技术要求高、耗时、易受制备因素的影响，也受到伦理因素的制约，使其发展受限。cgh是另一种很有希望的诊断染色体异常的技术。用wga方法获取基因组dna，然后用杂交技术结合计算机分析可诊断任何超过20 mb的染色体区域的拷贝数有无异常，从而诊断染色体病。影响cgh的主要因素是如何得到足够的dna。一般要求100 ng～1 μg dna，大约相当1万个细胞所含的dna量。应该强调的是，用wga获取足够数量dna的同时，还要确保得到的dna是准确的复制品。制约cgh临床应用的另一因素是诊断时间必须缩短，目前的诊断时间大约是7 d左右，尚不能满足临床的需要。
4.其他方面:pgd除了用于遗传病诊断之外，也可应用于研究人类基因，特别是一些有特殊遗传缺陷的基因，在发育早期的表达。这对于了解人类胚胎的正常发育有重要意义。例如对pgd技术用于人类肿瘤易感综合征的易感性分析。与肿瘤有关的各种抑癌基因与细胞周期的调节、细胞凋亡的途径及胚胎分化的时机和极性都有密切的关系。sutterlin（1999年）等用巢式pcr和单链多态性分析技术，对单细胞进行视网膜母细胞瘤的易感性分析，在植入前确定胚胎未来发生肿瘤的可能性大小，为pgd应用于人类胚胎基因表达的研究开辟了暂新的途径。此外，delhanty等发现，体外受精的胚胎存在染色体嵌合现象，虽然还不清楚自然受精的胚胎是否也有同样问题，但是这些发现无疑对改进诊断程序设计，甚至在将来改善体外受精的成功率都有重要意义。
二、存在的问题与解决方法
1.等位基因脱失:等位基因脱失（allele drop-out, ado）是影响基因病诊断的主要因素之一。发生率约为5%～20%。它是指两个等位基因只能扩增出1个，另1个不能扩出或扩增的数量有限，达不到诊断的水平。这对于单一基因异常所致的遗传病如常染色体显性遗传病的诊断有较大影响，容易导致误诊。单纯应用pcr技术诊断胚胎的性别，也易因ado而造成误诊。用多重pcr方法扩增致病基因及其紧密连锁的多态片段，可以降低因ado而造成的误诊率。此外，改进样本的制作及用热启动pcr，也可减少ado的发生率。roy（1999年）发现，用设计好的引物，严格的操作及固定专人及专门用于pgd的设施，单细胞pcr也可收到良好的效果。
2.污染：这是影响基因病诊断，产生误诊及诊断失败的另一个重要因素。污染物主要来源于透明带内残余的及母体的卵泡细胞。前者可用单胞浆注射的方法避免，后者可用多重pcr同时检测胎儿及其父母的dna指纹加以鉴别。前次诊断残留的扩增产物，是污染物的另一来源，除了按pcr常规严格操作之外，用巢式pcr或荧光pcr对减少此类污染很有帮助。
3．fish的有关问题：首先是用fish诊断与年龄有关的非整倍体是否应作为常规尚有争论。这方面需要进一步的研究。fish的错误率约为15%。体外受精期的嵌合体发生率较高、fish信号尚缺乏统一的标准等问题都是影响fish诊断率的因素，这些问题的解决有赖于多中心大规模的合作研究，以确定合理的分析标准及标准化的操作程序。
4.多基因异常的诊断问题： 涉及多个突变位点的单基因病诊断、多基因病诊断、染色体组分析如cgh，都要求获得足够的dna。目前，相关的研究集中在用dop-pcr或pep方法扩增单细胞dna方面。dop-pcr的扩增效率在80%左右，选择合适的引物有望进一步提高扩增效率。
5.诊断取材：现行植入前遗传病诊断，主要利用卵裂球的dna进行分子诊断或用间期fish诊断染色体数目异常。与之相比，用囊胚期细胞进行诊断，可以分析多个细胞，提高诊断率。利用联合培养或顺序培养（sequential culture）能够提高囊胚期细胞培养的成功率。
三、展望
在过去的10年里，pgd取得了显著的成绩，展望未来，pgd技术可望在下述方面进一步发展。
1．多重突变分析：利用多重pcr、cgh、wga，以及间期核转换技术，人们已经能够诊断涉及不同位点的突变以及全染色体核型分析。但是，这方面的诊断仍受到一定限制。目前，国外一些研究中心正在探索dna芯片技术在pgd领域的应用前景。利用这种技术，可以同时分析单一细胞内上千种基因突变，能够极大地提高诊断效率。此外，变性梯度凝胶电泳及单链多态分析技术也正受到广泛关注。在不远的将来，单细胞将可能有效地用于诊断多个突变或染色体组核型分析。
2．诊断标准化：目前，在世界范围内要求pgd的人越来越多，已有的研究中心无法满足需要，客观上要求将pgd的诊断程序标准化。在我国，pgd的相关研究尚处在初始阶段，鉴于我国经济基础比较薄弱，遗传病散在发生的特点，很有必要集中人力、物力，建立各大区的植入前诊断中心，这对于规范诊断标准，加强管理，提高诊断水平有重要意义。
3.伦理学研究： pgd中不可避免地涉及有关伦理学问题，例如植入前诊断中的性别选择，肿瘤易感性分析都会激起广泛的兴趣。
篇5
关键词：光遗传；抑郁症；抑郁小鼠模型
中图分类号：F24文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.19.041
抑郁症是一种会严重危害人类身心健康的精神疾病，是当今社会中很常见的一种情绪障碍综合征。抑郁症患者会呈现出焦虑，自卑，厌世，心境低落等症状，重者甚至产生自杀倾向。随着社会压力的不断增大和现代生活节奏的加快，抑郁症发病率也呈现快速上升的趋势。据统计，约13%-20%的人曾有过抑郁的体验，人群中的抑郁症终生患病率更高达6.1%-9.5%之多。抑郁症已然成为世界常见的疾病之一，研究降低其发病率的科学方法成为了迫在眉睫的事情。抑郁症的生物学机制以及治疗手段都需要进一步的科学突破，近年来光遗传学的快速发展，为我们提供了研究神经生物学机制的强有力工具。本研究利用光遗传学技术设计实验来研究与抑郁症发病相关的脑区，从而为抑郁症发病机制理解及治疗提供更好的帮助。
1抑郁症
作为一种严重的精神疾病，科学界提出几种抑郁症的发病机制假说，包括几点：
（1）神经环路假说：该假说认为抑郁症是由多个脑区参与的，综合调控发生的。负责情感，决断，赏罚的脑区对抑郁症的关系尤为密切。
（2）单胺类神经递质功能低下假说：多巴胺，去甲肾上腺素和五羟色胺等单胺类物质参与了精神活动，情绪反应，体温调节等生理反应。该假说认为患者脑内的单胺递质水平，即5-羟色胺，多巴胺和去甲肾上腺素神经递质系统功能的低下导致了抑郁症。
（3）神经营养缺乏假说：在神经发育过程中的生长因子对成年大脑的可塑性起着重要的作用。其中作为中枢神经系统中分布最广泛，含量最多的脑源性神经营养因子对神经元的生长，分化和损伤修复功能起重要作用。
类似于舍曲林，帕罗西汀和氟西汀的药物进行的药物治疗和其他形式的治疗手段是目前常见的抑郁症治疗方法，虽然这些治疗方法的见效较快，但是由于抑郁症具有高复发性和隐匿性，患者服用的不少药物都有不良副作用。
2光遗传学技术
光遗传学，是将光敏感离子通道蛋白神经元表达，并利用特定波长的光照激发从而实现对目标对象精细调控的学科，即通过操纵神经元来兴奋或抑制靶细胞和靶器官。该技术可以对哺乳动物大脑组织进行无损伤的操控，它具有目的性强、精准度高，细胞特异性强等特点。是由2005年Boyden等人证明光刺激绿藻视蛋白可以使神经元产生应答而发现的技术。近年来，光遗传学在复杂的生物学机制探究，尤其是脑科学等领域的研究中得到了广泛的应用。2011年，NatureMethods将光遗传学技术誉为了21世纪神经生物学中最具影响力的技术。
光敏感蛋白在光遗传研究中发挥着重要的作用，它是光遗传学的主要工具，被发现于单细胞微生物如绿藻、单胞菌的视蛋白中。光敏感蛋白根据不同的效应可以分为兴奋性光敏感蛋白和抑制性光敏感蛋白两种。视紫红质-2（ChR2）是目前最常用的兴奋性光敏感蛋白，它在被蓝光激活后，阳离子内流使细胞去极化，产生动作电位，提高兴奋性。视紫红质（NpHR）是一种常见的抑制性光敏感蛋白，在被黄光激活后会使细胞膜超极化，从而抑制细胞的兴奋。
光遗传学技术自问世来，广泛应用于动物行为研究，比如用光遗传学技术使果蝇体内的多巴胺大量释放，在斑马鱼的躯体感觉神经元的实验过程中，也发现光照可以使其产生逃避的游泳活动等。在神经生物学领域尤其是精神类疾病等研究中的应用也非常广泛，可以用于研究焦虑，药物成瘾，恐惧和抑郁症等领域。利用光遗傳学技术，有研究发现中脑腹侧被盖区（VTA）的神经元可以让小鼠表现出糖水偏好减少和社交逃避等特征；光遗传学刺激内侧前额叶（mPFC）可以让“易感”小鼠产生抗抑郁的作用等结论，大量研究表明光遗传学技术在抑郁症研究中可以发挥重要的作用。
3光遗传学探究抑郁症发病实验设计
3.1脑区选择
（1）前额叶皮质：前额叶皮质（PFC）是指覆盖大脑额叶前部表面的皮层结构。在社会认知的领域中，PFC对情绪认知，社会推理，心理和决策推断等问题产生了重要影响。现代研究表明，前额叶皮质功能的异常与抑郁症相关。
（2）中脑腹侧被盖区（VTA）：中脑腹侧被盖区产生的多巴胺可能参与了抑郁症的发生。对多巴胺能神经元进行特异性的激活或者抑制，可以较为明显的影响实验动物的抑郁表现。
（3）伏隔核：伏隔核参与了奖赏环路的组成，伏隔核的损伤与缺失行为的发生和发展有着必然关系。科学家们认为慢性应激是会导致抑郁症发病的最主要的因素之一，会最终引起奖赏系统GABA能神经元受损。
（4）杏仁核：杏仁核与内分泌调节和自主神经活动的调节有着非常密切的关系，因为杏仁核有可能是机体的情绪整合中枢，可以将感觉信息投射到皮层、下丘脑和脑干诸核团，形成意识水平的情绪反应。
3.2前期准备
选择同批次相同重量的同龄成年小鼠共100只小鼠，其中对照组20只小鼠，实验组80只小鼠。实验组共分为16组，四种脑区，每种脑区又分别注射兴奋性光敏感蛋白ChR2和抑制性光敏感蛋白NpHR，同一脑区注射相同的光敏感蛋白的小鼠又分为两组进行不同方式抑郁症小鼠建模。对照组注射携带GFP的病毒载体。各组小鼠在相应脑区注射相应视蛋白后，按脑区分类将光纤分别埋入DP，MO，VTA，PFC四种脑区注射上方附近，术后对小鼠进行单笼饲养，约3到4周后开始进行行为学试验。3.3建立抑郁癥研究的模型
（1）糖水偏好模型。将各组小鼠放在一系列的温和应激之下，使其受到不可预知的刺激。这些刺激包括使小鼠挨饿，不定时泼洒冰水，束缚小鼠等等。在经过三周的温和刺激之后，观察小鼠对糖水的偏好性并同对照组对比，小鼠对于糖水的偏好明显降低，并同时出现攻击力降低，毛色变差等现象。判断为小鼠的缺乏，成功建立抑郁症基础模型。
（2）公鼠造模。经过筛选，选择进攻能力较强的大鼠（大白），和进攻能力很弱的小鼠（小黑）进行实验。将小黑作为入侵鼠放在大白的笼子中，并让他们进行身体接触，每天15分钟左右。在每天其余时间内将大白和小黑用带小孔的透明隔板隔开，让小黑可以看到闻到大白，从而对小黑造成心理阴影。十五天后，将大白盒小黑共同放入社会交互实验箱中进行社会交互实验，试验箱中分为了角落区和交互区。分别在交互区有大白和无大白的情况下，观察小黑在角落区和交互区停留的时间多少，成功建立抑郁症基础模型。
3.4利用光遗传学技术操纵兴奋或抑制小鼠的脑区
分别用公鼠造模和糖水偏好两种基础模型得到的抑郁小鼠进行光遗传学操作实验。已注射光敏感蛋白的实验小鼠，可以在适合光刺激情况下兴奋（ChR2）或抑制（NpHR）该脑区的神经元，从而实现对该4个脑区的调控，探究相应脑区的兴奋或抑制对抑郁症小鼠模型行为的影响。
将不同的抑郁症建模方式得到的小鼠，选择固定频率对相应脑区进行光刺激一段时间，对于“公鼠造模模型实验组”，统计实验小鼠在角落区和交互区停留的时间比例，对于“糖水偏好实验组”，观察统计实验小鼠对糖水的喜好程度，根据光刺激前后小鼠行为变化来推断抑郁症发病相关的脑区。
4总结与展望
篇6
关键词行为遗传学，抑郁，焦虑，行为偏差，双生子研究。
分类号 B845
1 情绪与行为问题的行为遗传学研究现状
行为遗传学是在遗传学、医学、心理学等学科基础上形成的一门交叉学科，结合微观的分子遗传学水平和宏观的社会行为水平的研究，探究在基因和环境的动态交互过程中人类复杂行为的形成机制。19世纪末至今，行为遗传学已跨入第3个世纪。从孟德尔单基因遗传定律到多基因系统与环境交互作用影响复杂的人类行为，从传统的计量遗传学研究到连锁、关联研究再到功能基因组学技术的应用，无论在思想体系还是研究方法上，行为遗传学都取得了突破性进展[1]。在情绪和行为问题的研究领域内，研究者在抑郁、行为等方面开始取得令人振奋的成果，同时也提出了更多的研究问题。
1.1焦虑障碍的行为遗传学研究
焦虑障碍是包括广泛性焦虑障碍、恐怖症、惊恐发作、创伤后应激障碍以及强迫症等在内的一大类情绪障碍。焦虑障碍是最常见的心理疾病之一，据国外研究报道，惊恐发作的终生患病率为3%，广泛性焦虑障碍为5%，特殊恐怖症为11%，社交恐怖症为13%，强迫症为3%[2]。焦虑障碍不仅直接地损害着个体的身心健康，而且可以导致酗酒、抑郁等问题。
目前，研究者认为焦虑障碍是遗传和环境两者互动的结果，但目前针对焦虑障碍的行为遗传学的具体研究结果还存在争议。家庭研究发现这类障碍具有家族相似性[3]。两项基于临床样本的双生子研究显示，遗传因素对焦虑发病有影响[4]；而另外两项基于一般人群的双生子研究则得到了相反的结论[5,6]；但是一项基于一般人群的大规模女性双生子研究结果似乎又偏向于支持遗传的影响[7]。针对儿童和青少年群体的双生子研究结果同样有不同倾向。例如，一项使用8~16岁双生子的研究支持共享环境的影响而不支持遗传因素的影响，而另一项使用3~18岁双生子的研究发现两者对社交焦虑都有影响。Bolton等对英国上千对双生子在4~6岁时的研究则发现，遗传对分离焦虑障碍、特殊恐怖症等早期焦虑障碍具有重要影响，两者病症的遗传影响显著大于环境因素的影响[8]。对于各种特定的焦虑障碍，各研究间仍然无法得到统一的结论。目前被认为与遗传有关的焦虑障碍包括惊恐发作、广泛性焦虑障碍、强迫症和创伤后应激障碍[9]。
焦虑与抑郁障碍的共病率高达60％，研究者倾向于认为两者在病因学上存在部分共因，例如相同的遗传易感性。分子水平的研究显示杏仁核－颞叶－前额叶皮层、单胺系统、应激－激素反应系统与焦虑和抑郁障碍有关。具体来说，从基因与环境互动的角度，研究者探讨了5-HT1A受体、五羟色胺转运蛋白（serotonin transporter, 5-HTT）、色胺酸羟化酶2（tryptophan hydroxylase 2，TPH2）基因的作用及影响这些基因表达的发展关键期。但总的来说，焦虑障碍的分子行为遗传学研究目前尚处于初期阶段[10]。有报道指出，5-HTT基因多态性与焦虑相关人格特质有关，大约可以解释总变异性的3%到4%，可以解释遗传差异的7%到9%[11]。
1.2抑郁的行为遗传学研究
在世界范围内，抑郁症是名列前五的致残和导致疾病负担的原因之一。预计到2010年，抑郁症将在全世界范围内成为第二大负担的疾病。在我国，随着社会的转型，国民经济的迅猛发展，抑郁症发病率有着逐年上升的趋势。特别值得注意的是，近年来不断发生青少年抑郁患者的自杀事件，不仅对家庭和社会造成了相当大的精神和物质损失，还形成非常消极的社会影响。科研人员正不断努力，试图了解影响抑郁症发病的各种因素，寻找有效的手段控制和治疗抑郁症。
行为遗传学研究专家Robert Plomin等综合7项家庭研究的结果显示抑郁症患者家庭成员的发病危险为9%，明显高于3%的基线水平，提示遗传因素在抑郁症发病中的重要作用。而运用双生子研究的方法也证实遗传因素在抑郁症发病中起到不可忽视的作用。一项基于住院患者的研究显示，同卵双生子的共病率为40%，显著高于异卵双生子的共病率11%[12]。在近期的两项基于住院患者的研究中，同卵双生和异卵双生的平均共病率分别为42%和20%[13]。对于轻、中度抑郁症，比较各研究的结果，似乎很难得到较确定的结论。但一些研究显示，遗传的影响程度与疾病的严重程度成正比，抑郁越严重，遗传因素的影响就越显著[13,14]。
现代分子生物学为行为遗传学研究提供了新的契机，许多研究者致力于将二者结合起来，并且已经取得了一些令人振奋的成果。例如，Caspi等考查了基因－环境交互作用的问题：面对同样的压力生活事件，为什么有些人会出现抑郁症状，而另外一些人则不会[15]。他们发现，5-HTT基因在压力性事件诱发抑郁的环节上具有调制作用。5-HTT基因在启动子区有短和长两种等位基因，具有短等位基因的个体面临压力性事件时，更容易出现抑郁症状、患上抑郁症甚至自杀。另一个与五羟色胺代谢有关的基因TPH基因被认为是与自杀行为和抑郁有关的主要候选基因之一[16,17]。
1.3青少年偏差行为的行为遗传学研究
发展心理学和社会心理学观点认为，青春期的个体正处于身体和心理发展的关键时期，经历性的萌发到成熟，正处于人生的转折点。这时期的个体常常面对学业、家庭关系、就业、人际交往等问题，承受较多压力和挫折。而青少年的社会适应功能和应对挫折的能力发展还不成熟，因此，青春期容易发生行为偏离。但越来越多的行为遗传学研究却显示，青少年偏差行为的发生也受遗传因素的影响。
结合分子遗传学的研究，Caspi等2002年的研究[18]发现儿童受虐待的生活经历与单胺氧化酶（MAO－A）基因的交互作用，结果表明那些幼时受到虐待并且携带编码低水平MAO－A基因型的儿童与那些虽然幼时受虐待但携带编码高水平MAO－A基因型的儿童比起来，前者的行为几乎是后者的两倍。
国外关于青少年焦虑、抑郁和偏差行为的行为遗传学研究正方兴未艾，还有很多具体问题有待进一步研究。与此同时，我们国家的研究则正在起步，建立我国的青少年行为遗传学研究的样本库，并开展相关研究具有特殊的学术价值和社会意义。
2 行为遗传学研究中双生子研究的价值与现状
2.1双生子研究方法的新进展
近年来，行为遗传学的研究方法，包括双生子研究方法都有了新的发展。2000年人类基因组全序列的公布与分子遗传学新技术的发展，大大推动了分子人类遗传学的研究，并增加了人们对基因产品及其在细胞水平上功能的理解，为研究基因和行为之间的关系提供了重要的机会。伦敦大学精神病学研究所于1994年建立包含16000对英国双生子被试的大规模纵向研究项目，开始重构量化行为遗传学的研究。2002年和2003年，Caspi等结合传统的心理学评估方法和候选基因技术进行研究，获得的研究成果更极大地鼓舞着研究者进一步探索微观分子水平和宏观社会行为水平间的联系[15,18]。
在过去的20年里，随着行为遗传学研究的发展，越来越多的研究者发现，在人类行为遗传学研究中微观层面的基因技术不再是主要困难，影响研究水平的关键因素回归到宏观层面的行为数据问题上。行为数据的来源、获取方式、客观性等成为目前行为遗传学研究首要考虑的问题。
自高尔顿在百年之前对天才的遗传因素进行研究以来，双生子设计――比较同卵双生子（MZ）和异卵双生子（DZ）在行为上的相似性，一直是行为遗传学量化研究中使用范围最广的研究方法。双生子在遗传与环境方面的异同可谓“天然实验设计”。近十几年来，双生子研究方法本身也取得了很大的进展。最初，研究者只是单纯利用双生子研究来定量估计遗传作用的大小，估计遗传度的方法也只是简单的相关系数法或方差分析法。随着统计学的发展，研究者不仅可以得到更可靠的遗传度估计值，还可将各种影响因素进一步分解，并且进一步探讨遗传度的年龄性别差异。另外，许多研究者还将双生子研究与其他类型研究结合起来，以获取更多的有用信息。如与收养研究结合起来，可以将环境因素进一步分解。近年来，结合新的分子遗传学技术后，双生子研究方法变得更加富有价值[19,20]。
行为遗传学在分子和环境水平的迅速发展使我们不再局限于研究遗传因素在多大程度上影响人类行为。研究人员现在可以进一步去探寻基因和环境如何影响行为的变化，探讨其中的连续、共变和异质问题，阐述先天与后天交互发展的问题。这些新发展对基因和环境在遗传、表型及环境中交互作用方面的研究提供了有利条件。
2.2国内外双生子库的发展状况
双生子库已经在北欧国家系统地建立起来，其他工业化国家（如，英国，美国，澳大利亚，意大利，荷兰等国）正在积极地开展相关工作[4]。丹麦于1950年建立了世界上最早的双生子库[21]。瑞典有世界上最大的双生子样本库，该库有近14万对双生子[22]。行为遗传学研究专家Robert Plomin教授在英国建立了世界上最有影响的双生子追踪研究样本库。美国有多个区域性的双生子库，明尼苏达双生子家庭研究项目（Minnesota Twin Family Project ，MTFS）是其中最著名的之一。在亚洲，目前见诸报道的有影响的双生子库是斯里兰卡双生子库[23]。国内近年来也开始开展相关工作。例如，近年青岛疾控中心在青岛地区建立了双生子发展促进协会，登记了青岛地区双生子并在一部分成人中开展了与疾病有关的研究[24]。
国外研究情况显示双生子库为解决一些边缘学科问题提供了非常有力的研究方法，成果产出非常显著。如，仅芬兰双生子库的相关研究已经发表了近400篇科研报告[25]。而在《中国期刊全文数据库》以“双生子”、“孪生子”、“双胞胎”为关键词检索到我国1979~2006年2月发表的中文报告累计163篇。从研究内容上看，国内双生子研究主要以生理发育和躯体疾病为主[26]，缺乏心理发展和精神健康方面的追踪性研究。这和我国的人口水平和科研需要很不相符合。此外，我国大陆人口已达13亿，研究统计显示我国绝大部分地区双生子的出生率在0.5%~0.9％[27]，我国的双生子资源非常丰富。因此，充分利用我国的人口优势结合我国独特的社会文化环境背景，建立一个基于人口学特点的双生子样本追踪数据库将对促进我国的人类行为遗传学研究发挥重要意义。
2.3我国青少年双生子研究的意义及中国科学院心理研究所青少年双生子库的建设
随着国际上行为遗传学的迅速发展，随着我国对心理健康问题的日益关注，建立我国行为遗传学研究的样本库，并深入开展心理健康的遗传与环境交互作用的研究已势在必行。
国际上，分子行为遗传学总体上还处于起步阶段，国内的相关研究基本处于空白状态。有关环境－基因交互作用的研究结果具有很高的价值，但相关的报道尚不充分。关于THP基因、5HT1、5HT2、5-HTT、MAO-A等候选基因与人类行为、环境之间相互作用的研究还有待进一步探究。而且现有的基因研究大多以欧美白种人为样本，其结果有待于在其他人种和社会文化环境中进一步证实。因此，建立中国的双生子样本库，并以此为基础，研究抑郁、焦虑和偏差行为的问题，不仅可以为国内相关社会问题的解决提供科研基础，而且为国际行为遗传学领域提供了基于黄种人和东方文化社会的宝贵资料。
青少年期是心理发展的关键阶段之一。以往研究发现青春期时个体的生理、认知和社会情绪会发生显著的变化，行为问题大量涌现[28]。以抑郁为例，青少年期是抑郁的性别差异产生的主要阶段，也是抑郁水平的曲线发展的重要阶段[29,30]，因此对探明抑郁的发生机制十分重要。现在研究发现青春期发动是有更多遗传基础的，它的出现将伴随着生理、内分泌及脑的共同变化。因此，这一时期为研究人类行为、认知和情绪的变化性与连续性提供了理想的契机。
值得指出的是，国外对青少年心理和行为的重要研究都采用了追踪研究方法。事实上，青少年的心理和行为随年龄不断发展变化并受生活变迁的影响，如果不进行多年的追踪考察不可能获得有价值的发现。然而，我国目前非常欠缺对青少年心理健康的追踪研究。由于文化社会背景的巨大差异，我们无法确定我国青少年心理健康发展的现象和机制与国外的研究结果是否相符。因此，有必要开展对青少年心理健康的追踪研究，探明一些重要问题，例如：我国青少年的抑郁随年龄是否也是曲线发展，拐点在什么年龄？我国抑郁的性别差异状况如何，在何时产生，主要机制如何？青少年行为的发展的环境和遗传交互作用如何体现？这些问题都有赖于我国本土的追踪研究，无法由其它研究替代回答。
中国科学院正建设行为遗传学研究平台，集中心理学家、神经生物学家、遗传学家、生物化学家、生理学家和药理学家的综合优势，对意识与思维的本质以及对神经系统疾病机理进行全面深入的研究。中国科学院心理研究所通过国际学术合作的方式组建了一支研究队伍，采用双生子研究方法开展有关青少年认知、情绪及偏差行为发展的行为遗传学研究，探索遗传和环境影响人类行为的机制。该项目葛小佳教授对青少年的情绪和行为问题进行了大量研究[28,30~38]，特别是青春期过渡对行为的和情绪问题的影响及其基因与环境互动[32]。该项目成员对儿童与青少年情绪特点与发展[39]、情绪与认知的关系[40~42]、情绪问题的心理测量[43]等方面也进行了一定研究。在此基础上形成一支研究队伍，致力于研究影响人类行为的遗传和环境因素。
目前，该项目已初步建立青少年双生子信息登记系统，已在北京地区登记400多对双胞胎，并确立了表型和基因型数据的收集方法。表型数据的收集主要采用心理测验。通过比较焦虑、抑郁和偏差行为及有关因素的多种测量工具，继而在中学进行试测，确定了一套适用于青少年的多角度的心理测验。为了建立最优的口腔细胞收集方案和DNA提取方案，开展了以DNA产率、DNA完整性和储存时间等作为衡量指标的预实验，比较了文献中介绍的几种常用方法，并结合该项目的实际情况加以改进，确定了一套行之有效的科学收集方法和技术。
该项目旨在建立我国青少年双生子库，结合心理学研究设计与分子行为遗传技术研究遗传和环境影响人类行为的机制。通过纵向研究，收集大规模双生子代表性样本的表型和基因型数据，分析遗传和环境资源的变化性和连续性，系统探讨焦虑、抑郁和偏差行为的环境影响和遗传作用，研究抑郁、焦虑和偏差行为的发展机制。为进一步理解人类情感、认知和行为的形成和发展机制提供重要的科研依据。
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The Advance of Behavioral Genetics Studies on Adolescent Anxiety, Depression and Deviant Behaviors
Chen Zhiyan1, Li Xinying 1, Yang Xiaodong 1, Ge Xiaojia1,2
(1 Adolescent Twin Study Group, Institute of Psychology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China)
(2 Department of Human and Community Development, UC Davis，USA)
Abstract：Behavioral genetics researches on adolescent emotional and behavioral problems have shown that both genetic and enviormental influences on depression, anxiety and deviant behaviors. For the last two decades, the new advances of behavioral genetics methods have provided researchers better opportunities to elucidate the mechanisms of gene and enviornment interactions. It is also a opportune time for psychologists to be involved in the investiagtion of the effect of gene and enviornment interaction on psychological development. We reviewed the current status of related researches and discussed the significance of developing Chinese twin registry for carrying out behavioral genetics research on adolescent emotional and behavioral problems.
篇7
关键词 医学遗传学 趣味教学法 调查
中图分类号：G424 文献标识码：A
医学遗传学课程结构复杂、内容覆盖面广、跨度大、发展快、与其它学科的交叉渗透广泛，对教师的专业修为要求较高。在一般的医学院校，医学遗传学课程多在大学二、三年级开设，课程的部分基础理论知识学生已在低年级或高中阶段学习过，要求教师课程设计、内容取舍得当。另外，医学遗传学课程内容多而杂，在教学过程中容易出现主线不清晰、体系不严密、层次不分明、学生理不清、重点记不牢等问题，特别是很多内容枯燥乏味，如果教师讲授马虎、呆板、教条、没有生气，那么学生学习困难、味同嚼蜡，甚至个别学生有惰学、厌学、惧学、逃学等问题。因此教师在医学遗传学教学中必须根据教学内容，结合课堂实际，利用趣味教学法，让学生在愉快、欢乐中学习医学遗传学知识，提高学生学习效果。本文根据笔者在医学遗传学教学中的体会，结合近年在大一和大三课程教学中的问卷调查，对医学遗传学趣味教学法作粗浅探讨，以利医学遗传学教学质量的提高。
1 医学遗传学课程内容趣味性课前、课后调查
在授课前和授课后，按教材章节顺序，对教材内容的绪论、遗传的分子基础、遗传的细胞基础、人类基因组学与医学、单基因遗传病、多基因遗传病、线粒体遗传病、染色体病、分子病与先天性代谢缺陷病、群体遗传学、肿瘤遗传学、免疫遗传学、药物遗传学、发育遗传学、行为遗传学、表观遗传学、辐射遗传学、遗传病的诊断、遗传病的治疗、遗传病的预防、优生与优育内容进行趣味性调查，结果如图1所示。
调查表明，医学遗传学课程内容在授课前认为有趣的占59.26%，而授课后认为有趣的学生比例达84.78%，说明通过讲授确实提高了学生学习医学遗传学课程的兴趣。其中提高学生兴趣最明显的是绪论部分，课前为45%，课后达93%，提高了一倍多，因为绪论部分教师的课件、教案、讲稿、教学理念、教学设计等方面准备充分，它关系到学生对今后所有医学遗传学课程的听课积极性，因此应该达到这种效果。同时也表明，无论什么课程内容，只要老师精心准备，都会使枯燥的内容生动有趣。从课程结构的课后趣味性分析，遗传学知识运用方面学生认为趣味性最高，达90.4%，人类遗传病和遗传临床理论次之，分别为83.2%和84.2%，而遗传基础理论趣味性最差，为80.5%。
2 医学遗传学课程教学方法趣味性调查
针对医学遗传学课程内容，采用不同教学方法调查学生学习趣味性，结果如图2所示，班级小组讨论后学生讲解趣味性最高，占33.3%，班级小组讨论后教师讲解趣味性占23.8%，主讲教师授课讲解趣味性占24%，播放其他教师讲解录像趣味性占10.6%，学生自学趣味性占8.3%。结果表明，采用互动式教学方法最受学生欢迎，占57.1%，而播放其他教学名师的讲解录像学生认为趣味性不高，只比学生自学高2.3%，显示教学名师讲解录像只能作为教学资料使用，无法提高学生学习的积极性。
3 医学遗传学课程讲授方法趣味性调查
趣味讲授活跃课堂氛围，激发学生学习医学遗传学的热情，让课堂产生愉悦感，使学生轻松、愉快、爽心地进入学习状态，提高医学遗传学课程学习效果。在医学遗传学课堂讲授中，综合各种趣味性教学技能，采用故事引导、比喻拟人、动画模拟、套用小品、古语今用、寓言俗语、打油诗、热点流行语、漫画卡通画、视频插入、连环提问、故意歪曲、故意夸大、标新立异、滑稽比喻、一语双关、答非所问、诙谐夸张等讲授方法，发挥学生“无意识”心理活动，集中学生注意力、增强学生记忆力，帮助理解、启迪思维、丰富想象，学生可以毫不费力、轻松愉快地学懂知识。
从课程讲授方法的趣味性调查（如图3）看，学生认为漫画卡通画、打油诗、热点流行语、故事、一语双关等趣味性较高，而连环提问、古语今用、故意夸大等趣味性不高。当然，趣味教学在教学中的表现形式多种多样：一是语言趣味，语言趣味的最佳表现是幽默，幽默是教师的课堂口头语言，在导语、插语、结语中有意采用妙语警句、双关语、故错等修辞手段来制造趣味，可收到愉悦谐趣的艺术效果；二是动作趣味，教师在教学中利用趣味化的眼神表情、体态、手势等动作形象，以引起学生的注意或沉思；三是辅助趣味，如辅助教师教学的直观教具模型、标本、挂图、表格等，具有引人发笑的特点。趣味是一种很难界定的心理现象，不同教师使用方法不尽一致，医学遗传学课堂教学中需灵活使用。
4 趣味教学法对提高学生能力调查
趣味教学以其独特艺术魅力在学生的愉悦中提高教学艺术效果和水平，体现机智性、娱乐性、教育性，推动学生对知识、信息的追踪和吸收。趣味用诙谐语言、形象化的手法，暗示自己的思想，启发人们思考，产生意味深长的美感。趣味集中学生注意力、增强学生记忆力，帮助理解、启迪思维、丰富想象。趣味可以使学生毫不费力、轻松愉快地学懂知识，潜移默化地开发智力，提高各种能力。
篇8
【关键词】黑皮质素受体-1；基因；表型
【中图分类号】R751【文献标识码】A【文章编号】1008-6455（2011）04-0541-01
不同人种皮肤和毛发颜色差异是人类最为显著的特性之一。人类皮肤颜色差异是由遗传学控制的。皮肤色素遗传学研究已远落后于人种皮肤颜色表型多样性和原因学的研究，尤其是鼠皮毛色素调节基因逐个被研究发现（在已知127个鼠色素形成基因中， 有60个已被证实是人类种间同源基因[1]）已使状况大为改观。
人类皮肤色素形成具有半孟德尔遗传模式，有多基因特性，由主要基因和修饰基因共同作用形成。色素形成是外界环境影响下的各种基因同步化相互作用的一大性状[2]。
黑素合成生物化学和酶学方面的新发展使人们对黑素合成的遗传调节过程有了深入的了解。 在众多变异基因中，能影响人黑素细胞功能的有 MC1R （黑皮质素受体-1），P基因，和TYRP 及SILV基因家族成员等。其中，MC1R表达于人黑素细胞，MC1R和α-MSH和ACTH有亲近性（α-MSH：α-促黑素细胞激素和ACTH均可促进黑素形成而使皮肤着色），一旦黑皮质素肽结合MC1R，就会刺激黑素的形成；而P基因及TYRP 和SILV基因家族成员可直接在黑素细胞内组装并参与黑素小体形成。
在这里，我们主要强调MC1R与不同人种皮肤颜色形成的关系；MC1R关联的不同人种皮肤颜色表型-基因型关系及MC1R基因序列多样性谱三方面内容。
1 MC1R与不同人种皮肤颜色形成
MC1R编码产生317个氨基酸的前蛋白，如同G-蛋白受体，MC1R有50个外显子，不含内含子（无明显生理学意义）。MC1R的N端有15NSTP18和29NQTG32两个糖基化氨基酸残基序列 ，N端糖基化有何作用还不明确。[3]黑皮质素家族还包括其他四种受体: MC2R（ACTH受体）; MC3R 和 MC4R（在中枢神经系统中发挥效应）及MC5R（主要调节鼠皮脂腺功能，可能同样作用于人类）[4]。
MC1R 是鼠类基因座的人类同系物，而鼠类基因座已证实可调节鼠皮毛真黑素和褐黑素的形成。在人类，真黑素的合成依赖黑素细胞表达功能性MC1R及联结α-促黑素细胞激素共同起作用。MC1R被认为是决定人类毛发和皮肤颜色的主要基因之一，已被成功克隆，同时发现其位点在16q24.3。
Cone等猜想MC1R多态性可能是造成人类皮肤颜色差异的主要原因。红发白皮肤北欧人表现了MC1R 多态性，减低了皮肤晒黑的能力，却增加了皮肤黑色素瘤和其他皮肤肿瘤的危险性[5]。与此同时，进入欧亚大陆的人类，因日光较少缘故，MC1R等位基因未产生明显变异，所以这一人群未产生黑色皮肤。最近进行的MC1R启动子功能模型研究对放松性选择提出了质疑，认为亚洲人和欧洲人的一些MC1R变异是纯化和多样化选择活动之结果[6]。也有研究说明人类于不同时间不同区域发生的皮肤颜色进化与自然选择相关联，它导致了深浅肤色表型不受约束的进化及包括可能的皮肤着色和失色过程。
2 MC1R基因型-表型与不同人种皮肤颜色
MC1R基因编码区具有高度多态性，已有超过35个分隔位点被确定[7]。在亚洲人种，虽然功能性R163Q 位点变异较常见，但研究仍很缺乏。而编码区外的基因序列变异不对不同人种皮肤颜色差异起作用。
对人类，家族，人口以及相关疾病研究表明了MC1R多样性与一系列重复表型息息相关。例如R151C位点, R160W 位点和 D294H位点改变关联着红发白皮肤人种，因为大多数红发人种不是这些相关基因改变的纯合子就是复合杂合子。大约10-20% 的红发个体因某一个等位基因改变，从而显现出浅红色皮肤外观；对于已潜在丧失两个功能性等位基因的个体则表现出金发碧眼外观 。在英国北部，超过40% 的人口具有一些已知重要下调作用的等位基因，诸如如R151C 或 R160W。
另外，以此上这些具有下调作用的功能性等位基因的重要性为标准，其他一系列表型特征也很容易被联想到，包括反复日晒产生烧伤趋势超过晒黑趋势;客观评价雀斑和痣[8]以及黑色素瘤和其他皮肤肿瘤。
MC1R发挥日晒保护作用不是通过黑色素的数量及类型，可能借助其他无色素的机制起作用的，毕竟肿瘤产生于不同的细胞类型，它在日光诱导下发生，不会只是特异的单一细胞类型作用结果，如单一的黑色素细胞。在一项针对意大利人和美国人总体做的研究表明MC1R变异会使BRAF基因变异的黑色素瘤发生恶变的可能性增加。MCIR相关作用机制还不是完全清楚，需要进行更多研究去弄清内在关联。[9]
3 MC1R基因序列多样性谱
由于MC1R基因多样性存在着程度问题，这也使早期的综合性研究变得混淆不清。在早期的研究中，尽管说明了一些基因变异联系着红发白皮肤人种的表型，但不能指出最最有影响力的，且只证实小部分人群所具有的共有序列，对于遗传方式仍不清楚。随后的关联性、家族性研究及功能性研究，只部分地认识了一些等位基因的作用，包括 R151C, R160W 和 D294H 及其他一些等位基因。有很多仍无法弄清; 另外，家族性研究也提示V60L模型是一种缓慢作用的功能下调性等位基因，而对于其他一些等位基因，诸如D84E,其功能状态依然不清楚且有矛盾的结果产生[10]。
4 结语
总之，人类皮肤颜色的遗传学研究尚处于初步探索阶段，需进一步了解影响皮肤颜色表型基因位点多态现象的水平，效应及其相互作用。对MC1R研究，今后的重点依然是是确定其哪一等位基因起显著意义，更多的联系其有价值的表型特征，进一步扩大皮肤颜色遗传学领域的研究价值。
参考文献
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[2] John PR, MakovaK, Li WH, et al .Ramsay M. DNA polymorphism and selection at the melanocortin-1 receptor gene in normally pigmented southern African individuals [J].Ann. N.Y. Acad. Sci. 2003. 1994:299-306
[3] 袁磊，张余光.黑素皮质激素受体-1结构和功能[J].中国美容医学。2009，1，18（1）：120-122
[4] 韩德平，田野苹.黑皮质素受体的研究进展.国外医学，生理、病理科学与临床分册.2000，20（5）：383-385
[5] Scott MC, Suzuki I, Abdel-Malek ZA. Regulation of the human melanocortin 1 receptor expression in epidermal melanocytes by paracrine and endocrine factors and by ultraviolet radiation.[J] .Pigment Cell Res. 2002. 15:433-39
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[7] Makova K, Ramsay M, Jenkins T. Human DNA sequence variation in a 6.6-kb region containing the melanocortin 1 receptor promoter.[J]. Genetics 2001. 158:1253-68
[8] Sturm RA, Teasdale RD, Box NF. Human pigmentation genes: identification, structure and consequences of polymorphic variation [J] .Gene 2001. 277:49-62
篇9
关键词：遗传学；儿子患病；患病儿子；概率问题
中图分类号：G630 文献标识码：A 文章编号：1003-2851（2012）02-0164-02
一、1/2的含义
指自然状况下男女的概率均为1/2。
二、常染色遗传病中的儿子患病和患病儿子的概率问题
例1：一对正常的夫妇生了一个患白化病的孩子，这对夫妇再生一个白化病儿子的概率及再生一个儿子是白化病的概率分别是？
1.解题思路
⑴由题干已知条件写出亲本的基因型，能确定的确定，不能确定的待定。
A ×A
⑵据隐性纯合子突破法推出亲本的基因型
P:Aa×Aa
F1:aa
⑶由分离定律推出后代的发病情况。
P：Aa×Aa
F1:1/4AA,2/4Aa，1/4aa
⑷计算出儿子患病和患病儿子的概率。
儿子患病的概率=后代的患病概率=1/4；患病儿子的概率=后代的患病概率×1/2。
2.常犯错误
大部分学生把儿子患病和患病儿子分不清楚，导致算出的概率一样。即儿子的概率1/2与患病的概率1/4相乘得出儿子患病和患病儿子的概率为1/8。
3.原因分析
主要是没有弄懂以下两点。
（1）性别在前，病名在后时，性别已经成为事实，不需乘以1/2。
（2）病名在前，性别在后时，性别没有成为事实，生男生女各占1/2。
4.规律
常染色遗传病中的儿子患病和患病儿子的概率
（1）儿子患病的概率=后代的患病概率。
（2）患病儿子的概率=后代的患病概率×1/2。
5.延伸
多对常染色体上的多对基因控制的多种遗传病的情况。
例2：一个多指且肤色正常的男性与一个表现型正常的女性结婚后，生了一个患白化病但手指正常的孩子，则他们下一胎生一个多指且白化的儿子和儿子是多指且白化的概率分别是？
（1）解题思路
①由题干已知条件写出亲本的基因型，能确定的确定，不能确定的待定。
A B ×A B
②据隐性纯合子突破法推出亲本的基因型。
P:aaBb×AaBb
F1:aabb
③由分离定律推出后代的发病情况。
P：aa×AaP:Bb×Bb
F1:1/2Aa，1/2aaF1:1/4BB,2/4Bb，1/4bb
④由自由组合定律和概率乘法原理得出两病兼患的概率:多指白化或白化多指的概率=多指×白化=1/8。
⑤计算出儿子多指白化和多指白化儿子的概率。
儿子多指白化的概率=后代多指白化的概率=1/8；
多指白化儿子的概率=后代多指白化的概率×1/2=1/16。
（2）常犯错误
多指概率=1/2,多指儿子概率为1/2×1/2=1/4；白化概率=1/4，白化儿子概率=1/4×1/2=1/8，则多指白化儿子的概率=1/4×1/8=1/32。
（3）原因分析
没有正确理解1/2的实质。事实上，一个1/2就已经判别了性别，无需乘多次。
三、伴X遗传中的儿子患病和患病儿子的概率问题
例3、一对表现型正常的夫妇生了一个色盲儿子，这对夫妇再生一个儿子是色盲和色盲儿子的概率分别是多少？
1.解题思路
⑴由题干已知条件写出亲本的基因型，能确定的确定，不能确定的待定。
XBX×XBY
⑵据儿子的色盲基因由母亲提供推出亲本的基因型。
P: XBXb×XBY
F1: XbY
⑶由分离定律推出后代的发病情况。
P:XBXb×XBY
F1:1/4XBXB，1/4XBXb，1/4XBY，1/4XbY，
⑷计算出儿子色盲和色盲儿子的概率。
儿子色盲的概率=儿子中色盲的概率=1/2；
色盲儿子的概率=后代中的色盲概率=1/4。
2.常犯错误
大部分学生把儿子患病和患病儿子分不清楚，导致算出的概率一样。即儿子的概率1/2与患病的概率1/4相乘的出儿子患病和患病儿子的概率为1/8。
3.原因分析
主要是没有弄懂以下两点。
（1）性别在前，病名在后时，性别已经成为事实，不需乘以1/2。
（2）病名在前，性别在后时，性别没有成为事实，生男生女各占1/2。
4.规律
伴X染色遗传病中的儿子患病和患病儿子的概率
（1）儿子患病的概率=儿子中儿子的患病概率
（2）患病儿子的概率=后代中儿子的患病概率。
四、常染色遗传病和伴X遗传病同时出现的儿子患病和患病儿子的概率问题
例4、一对正常的夫妇生了一个既白化又色盲的儿子，则这对夫妇下一胎生下个儿子既白化又色盲的概率及生个既白化又色盲儿子的概率分别是?
1.解题思路
⑴由题干已知条件写出亲本的基因型，能确定的确定，不能确定的待定。
A XBX-×A XBY
⑵据伴X遗传中的儿子的色盲基因由母亲提供及常染色体中的隐性纯合子突破法推出亲本的基因型。
P:AaXBXb×AaXBY
F1: aaXbY
⑶由分离定律推出后代的发病情况。
P：Aa×AaP:XBXb×XBY
F1:1/4AA,2/4Aa，1/4aaF1:1/4XBXB，1/4XBXb，1/4XBY，1/4XbY
(4)由自由组合定律和概率乘法原理得出儿子色盲白化和色盲白化儿子的概率：
儿子色盲白化的概率=儿子色盲的概率×白化的概率=1/2×1/4=1/8；
色盲白化儿子的概率=色盲儿子的概率×白化的概率=1/4×1/4=1/16。
2.常犯错误
白化儿子=白化的概率×1/2=1/8，色盲儿子=色盲的概率×1/2=1/8，则色盲白化儿子的概率=1/8×1/8=1/64。
3.原因分析
没有弄清楚当常染色遗传病和伴X遗传同时出现时，其性别由性染色体决定，与常染色体无关。常染色体控制的遗传病不需乘1/2，而儿子患病和患病儿子由伴X遗传来决定。
4.规律
常染色遗传病和伴X遗传病同时出现的儿子患病和患病儿子的概率
篇10
［关键词］意境；文学创作；特征；方法
意境，通俗地讲指文艺作品或自然景象中所表现出来的情调和境界。在我国文学史上，优秀的诗词曲赋作品，都蕴含着美的意境，意境成为长期以来我国抒情文学创作传统中锤炼出来的一个重要美学范畴。因此，创造意境是抒情文学创作的关键所在，而意境也成为抒情文学永远的灵魂。
一、意境的艺术特征
首先，在情感的基点上，意与境互相渗透，和谐统一。意境不是单一的结构体。王国维在《人间词话乙稿序》中说：“文学之事，其内足以摅己，而外足以感人者，意与境二者而已。上焉者意与境浑，其次或以境胜，或以意胜。苟缺其一，不足以言文学。”这就是说，意境是由意与境，主观与客观两方面要素组成的。其次，意境是一个和谐广阔的情感活动的艺术空间，具有丰富的蕴藉和情思内涵。意境描写景物和人物，目的不是为了给景物和人物本身构造形象，而是为了创造一种艺术境界。它是一种特有的空间。意境和意象是不同的。一般说，象是具体的物象，意象通常指一个单一的事物形象。而意境则是物象与物象之间多重复合联系所构成的一种耐人寻味的场景、氛围、画面、情调、韵味，是“境象非一，虚实难明”的化境，是意象与意象互相作用产生出新质的一种艺术空间。再次，意境能够引发读者的想象和思索。意境形象需要依赖意象，可是意境形象的具体性，并不直接体现在单独的意象身上，意境的意味无限性，存在于意象与意象之间的功能结构所形成的艺术空间上，因而，依靠感受、体验和分析个别有限的意象，是不能把握意境的丰富内涵的。
二、意境创造的过程与方法
创造意境的方法，主要是通过意象的选择与组合，创造具有境外之境、象外之旨的艺术空间，要点在于处理好形与神、虚与实的和谐契合，即要做到形神兼备、虚实相生。意境的虚实结合，有两条途径，即寓虚境于实景的方法与化情思为景物的方法。
（一）寓虚境于实景
寓虚于实，以实显虚，这种虚实隐现的莫测变化和灵活运用，是各类艺术都需要的表现方式，因为巧妙地处理虚实关系，是达到以少总多、以一当十的艺术效果的重要途径。这种方法在中国传统的戏曲和绘画艺术当中有着广泛的应用。在抒情性文学的意境中，其主要表现为“形”与“神”的关系。即作者把作品中所描绘的实景与在实景之外通过比喻、暗示、象征等手法形成的想象的虚境交融在一起，从而呈现出一个似有实无，似无实有，若有若无，亦有亦无的境界。
（二）化情思为景物
情感贯穿于文学创作的全过程，是文学作品不可缺少的特有内容。寓虚境于实境，化情思于景物，这两种创造意境的途径，都具有因小见大，以少总多，用有限表现无限的功能。它们不是互相对立完全分离的。在创作过程和具体作品中，它们往往是同时存在、互补互成的。唯有熟谙了这种相互结合相互转换的关系，方能做得出情澄意深，气象万千的意境。意境有不同的类别。在意境的创造过程中，由于作家的个性、风格和表现方法上的差异，意与境两者的相互关系尤其是显现形式也会不同，因此产生出意境的不同形态。一般来说，意境可划分为两类：无我之境和有我之境。无我之境的特点是什么？王国维说：“无我之境，以物观物，故不知何者为我，何者为物”。“无我之境，人惟于静中得之。”严格地说，诗在任何境界中都必须有我，都必定是我性格、情趣和经验的返照，写在诗中之物，也都已是情感的眼睛看出来的另一种自然风貌。有我之境的特点是什么？王国维说：“有我之境，以我观物，故物皆著我之色彩。”“有我之境，于由动之静时得之。”有我之境，不是以我代物，不是唯我之境，而是诗人感情比较强烈，非把自己的情怀传递到景物上去渲泄不可，于是他所捕捉到的景物，也都染上了浓烈的情感色彩，成为明显的“情物”。无我之境与有我之境在主体情感表现形态上的区别，同它们形成过程的差异有关。无我之境的产生，往往是先有景物，使诗人见景生情，情是由景引起的，感受上是主动的，情是被动的。所以，在意境形象中，景较突出，情则比较隐约。
